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雙離合變速箱NVH和駕駛性評價方法的應(yīng)用

2020-04-22 23:12:15·  來源：EDC電驅(qū)未來  作者：關(guān)坤  
　
關(guān)坤丨東風(fēng)格特拉克汽車變速箱有限公司雙離合變速箱在整車NVH開發(fā)過程中，屬于NVH構(gòu)件。在雙離合變速箱的開發(fā)階段需要根據(jù)車型的目標(biāo)性能要求，對NVH和駕駛性做
關(guān)坤丨東風(fēng)格特拉克汽車變速箱有限公司
 
雙離合變速箱在整車NVH開發(fā)過程中，屬于NVH構(gòu)件。在雙離合變速箱的開發(fā)階段需要根據(jù)車型的目標(biāo)性能要求，對NVH和駕駛性做評價，確保NVH和駕駛性能夠與性能目標(biāo)一致，具備良好的市場競爭力。如何準(zhǔn)確、有效地評估NVH和駕駛性非常重要。目前對乘用車雙離合變速箱成的NVH和駕駛性評價方法有主觀評價和客觀評價，主觀評價的結(jié)果依賴于個人感知，受評價人員的主觀因素影響，主觀評價基于評分表（表1）對NVH和駕駛性表現(xiàn)進行評分。
 
表1 NVH、駕駛性主觀評分表
 
本文結(jié)合某品牌乘用車雙離合變速箱的NVH和駕駛性客觀評價，闡述了客觀評價指標(biāo)、目標(biāo)值設(shè)定和評價方法的應(yīng)用，并依據(jù)主客觀評價對NVH和駕駛性的具體問題進行分析和改善。
1 乘用車雙離合變速箱NVH客觀評價方法的應(yīng)用
 
在實際工作中，為了能夠有效、客觀地評價某品牌車型的雙離合變速箱NVH水平，需要合理設(shè)定客觀評價的指標(biāo)及目標(biāo)值，以及通過變速箱單體和實車測試對客觀數(shù)據(jù)進行收集、分析和評價。
 
1.1 NVH客觀評價指標(biāo)和目標(biāo)設(shè)定
 
客觀評價指標(biāo)的設(shè)計要能夠有效反映變速箱NVH的水平。對于雙離合變速箱的NVH，主要評價嘯叫、rattle（敲擊音）以及換擋噪音三個方面。變速箱齒輪嘯叫的根本原因是傳動系齒輪嚙合時，齒面接觸的變化激勵引起變速箱系統(tǒng)在一定階次高頻振動。因此，用變速箱殼體的振動位移（μm）作為衡量該品牌車型變速箱本體嘯叫水平的客觀測量、評價指標(biāo)。變速箱的Rattle和發(fā)動機扭矩波動、雙質(zhì)量飛輪輸入的扭振有關(guān)，一般在整車上進行評價，采用A計權(quán)聲壓級（dB(A)）作為客觀評價指標(biāo)。變速箱換擋等機械噪音是通過換檔時變速箱殼體上振動加速度有效值超過背景噪音的突出量（圖1）作為評價指標(biāo)。
 
圖1 振動/噪音突出量
 
在定義雙離合變速箱NVH客觀評價指標(biāo)后，需要確定各項指標(biāo)的目標(biāo)值。客觀評價的目標(biāo)值是結(jié)合當(dāng)前品牌車型的定位，對標(biāo)競品樣車、樣箱的NVH性能水平來設(shè)定的。以嘯叫評價指標(biāo)的測量為例，分別通過變速箱殼體上的加速度傳感器測量變速箱樣箱和對標(biāo)變速箱A、B、C在加速和滑行工況下，各個擋位變速箱殼體振動的幅值。測量的轉(zhuǎn)速區(qū)間根據(jù)該品牌車型發(fā)動機特性，定義為800rpm到4700rpm。綜合對標(biāo)結(jié)果，設(shè)定變速箱各擋位齒輪和主減在drive 和coast 主階次的振動目標(biāo)作為評價嘯叫的客觀目標(biāo)值，如圖2：
 
圖2 振動幅值目標(biāo)設(shè)定
基于初步設(shè)定的目標(biāo)值，通過多組臺架和整車上的主、客觀評價對比試驗和目標(biāo)值匹配調(diào)整，確保設(shè)定的客觀目標(biāo)值合理、適用，使設(shè)定的客觀目標(biāo)與主觀感受有較好的一致性。
 
1.2 NVH客觀評價測試方法
 
通過對比客觀目標(biāo)和臺架上雙離合變速箱殼體振動的測量值或一定距離下聲壓級的測量值，是評價變速箱系統(tǒng)NVH水平的一種方法。但由于臺架模擬的工況和實際整車有一定差異，且駕駛員在車內(nèi)的感知是衡量NVH的重要因素，因此在實際評價過程中結(jié)合了整車上NVH的客觀和主觀評價結(jié)果來做分析、判斷。
 
在ET（工程試制）階段的試驗車上進行NVH客觀評價需要采集試驗變速箱結(jié)構(gòu)噪音、近場和駕駛室內(nèi)的空氣噪音、雙離合變速箱兩個輸入軸的轉(zhuǎn)速信號、發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號和變速箱油溫等信號，在采集信號時需要定義合適的采樣頻率。評價嘯叫噪音，在規(guī)定的評價工況（表2）下用測量設(shè)備采集各擋位齒輪主階次、諧波階次在不同工況下的結(jié)構(gòu)噪聲（圖3）和空氣噪聲（圖4），基于測量值做客觀評價。
表2 嘯叫客觀評價工況
 
 
圖3 變速箱結(jié)構(gòu)噪聲（殼體振動位移）
 
圖4 空氣噪聲（近場）
 
變速箱Rattle音主要在怠速、加速等工況進行評價。評價雙離合變速箱的換擋噪音，需要從靜態(tài)換擋（PRND切換）和動態(tài)換擋（動力升檔，動力降檔，滑行降檔等）兩方面來評價。
在實際評價過程中有時會出現(xiàn)主、客觀評價不完全一致的情況，需要通過進一步分析來做判斷：
 
1）如果主觀評價≤6，客觀測量值在目標(biāo)限值內(nèi)，則需要評估客觀目標(biāo)值的設(shè)定是否合理；如果客觀目標(biāo)是合理的，可以認(rèn)為變速箱的NVH水平達到了設(shè)計要求，則需要分析NVH頻率、階次，從噪聲的傳遞路徑、車身的響應(yīng)，共振等方面查找問題原因；
2）如果主觀評價≥7，客觀測量值超出了目標(biāo)限值，考慮到用戶以主觀感受為主，NVH評價可以接受。但對于變速箱仍需要研究分析其改善空間，同時考慮是否需要調(diào)整客觀目標(biāo)。
1.3 NVH客觀評價方法的應(yīng)用
在某品牌搭載雙離合變速箱的ET試驗車上發(fā)現(xiàn)，5擋全油門時嘯叫的主觀評價為5.5分。通過客觀評價和數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，嘯叫與5擋齒輪嚙合階次及其倍頻（圖5）相關(guān)。同時，在Edyno上測量抱怨工況下變速箱殼體的振動位移，并與目標(biāo)值進行對比，5擋齒輪的測量值在客觀目標(biāo)內(nèi)，如圖6：
 
圖5 頻譜階次分析
 
圖6 客觀測量和評價
為確定該5擋嘯叫的根本原因，8D小組依據(jù)FMEA（圖7）中嘯叫失效模式的失效原因和預(yù)防措施等，使用因果圖分析引起嘯叫的可能原因并進行排查（圖8）。
 
圖8 嘯叫的因果分析圖
 
圖7 FMEA
雙離合變速箱齒輪嘯叫的激勵源是傳遞誤差，此處通過5擋齒輪傳遞誤差的計算進行設(shè)計校核。根據(jù)不同齒形齒向微觀參數(shù)的組合，得到傳遞誤差的曲線如圖9：
 
圖9 傳遞誤差
經(jīng)過校核和設(shè)計評審，當(dāng)前5擋齒輪在嘯叫抱怨的轉(zhuǎn)速段內(nèi)的傳遞誤差已達到最優(yōu)設(shè)計，此時對應(yīng)傳遞誤差最小的齒形齒向參數(shù)在當(dāng)前設(shè)計參數(shù)的公差范圍內(nèi)。傳遞誤差的計算結(jié)果與客觀測量結(jié)果是相符的，5擋的殼體振動處于0.05～0.1m的良好水平。
根據(jù)齒輪制造加工參數(shù)的檢查結(jié)果（圖10、圖11）、殼體模態(tài)校核和整車ABA對比試驗（表3）的結(jié)果，排除了雙離合變速箱本身的設(shè)計和加工、裝配問題。
 
圖10 齒形檢測結(jié)果
 
圖11 齒向檢測結(jié)果
表3 整車ABA驗證
 
基于以上設(shè)計和制造驗證的結(jié)果，并參考該雙離合變速箱在其它項目中的NVH相關(guān)試驗論證和表現(xiàn)，認(rèn)為客觀目標(biāo)值是合理的，且變速箱本體的NVH水平滿足設(shè)計要求。因此，改善該嘯叫問題需要通過ABA試驗從整車級別做進一步分析。
在整車ABA試驗中，兩輛車的發(fā)動機、雙離合變速箱設(shè)計完全一樣，懸置、聲學(xué)包等存在差異。通過交叉互換變速箱，發(fā)現(xiàn)嘯叫問題跟隨整車。因此盡管變速箱是嘯叫的激勵源，但解決該問題需要從整車傳遞路徑方面開展工作。嘯叫傳遞到車內(nèi)有兩個路徑，一是結(jié)構(gòu)噪聲，即通過懸置、換擋拉索等部件傳遞到車身，引起車身振動并輻射噪聲；二是空氣噪聲，即通過空氣傳播，從車身上的各種孔洞、縫隙等傳入車內(nèi)。在通過增加質(zhì)量塊、隔振，完善聲學(xué)包和堵漏等驗證后，最終采用優(yōu)化整車聲學(xué)包的措施，使嘯叫問題得到有效改善（圖12）。
 
圖12 優(yōu)化前后NVH對比
2 乘用車雙離合變速箱駕駛性客觀評價方法的應(yīng)用
2.1 駕駛性評價指標(biāo)和目標(biāo)設(shè)定
駕駛性是駕駛員在操控汽車行駛時的主觀感覺，主觀評價對駕駛性的對標(biāo)和指導(dǎo)駕駛性改善非常重要 [5]。但主觀評價非常依賴于評價人員的個人感受，同時也受試驗環(huán)境的影響大，重復(fù)性低 [6]。因此，定義可復(fù)現(xiàn)、可比對的客觀工程指標(biāo)非常重要。
雙離合變速箱的離合器控制和換擋策略會直接影響整車的舒適性和動力性。駕駛性評價指標(biāo)主要從平順特性（舒適性）、響應(yīng)特性（動力性）兩個維度來確定相關(guān)指標(biāo)。在匹配某品牌乘用車的應(yīng)用中，定義了穩(wěn)定性/抖動、沖擊和換擋時間（表4）作為客觀評價指標(biāo)。
表4 駕駛性參數(shù)
 
評價穩(wěn)定性/抖動需要先將低于5Hz的加速度信號濾掉，然后取其移動RMS值的最大和最小之差（圖13）；設(shè)定評價沖擊性的參數(shù)是通過帶通濾波，取2-20Hz的加速度信號，比較濾波后移動均方根的最大值和平均值。評價換擋時間可以通過速比轉(zhuǎn)換過程（目標(biāo)擋位出現(xiàn)到兩個離合器之間完成扭矩交互）的時間。
 
圖13 穩(wěn)定性參數(shù)定義
定義評價指標(biāo)的目標(biāo)值可以對標(biāo)競品車的駕駛性。在駕駛性評價中有時會發(fā)現(xiàn)振動加速度超過了設(shè)定的目標(biāo)值，但主觀評價仍然良好的情況。因此，在設(shè)定駕駛性目標(biāo)時需要結(jié)合專業(yè)主觀評價的結(jié)果，確定駕駛性的目標(biāo)范圍（圖14），即通過目標(biāo)值+公差的方式，使客觀評價匹配用戶在整車上的主觀感受。
 
圖14 駕駛性目標(biāo)范圍
2.2 駕駛性客觀評價測試方法
駕駛性的客觀評價主要通過分析加速度傳感器，AVL等設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)并和客觀目標(biāo)進行對比來完成。為了能夠充分地評價乘用車的駕駛性，駕駛性試驗工況需要盡可能全面地覆蓋各種駕駛行為，主要包含：起步、動力升檔、靜態(tài)換擋、滑行降檔、怠速控制、動力降檔等。動力升檔和動力降檔是雙離合變速箱的特點，通過預(yù)選擋策略和兩個離合器扭矩切換過程的控制，使得雙離合變速箱在升降擋時不會出現(xiàn)扭矩中斷。在這些駕駛行為中還需要涵蓋全油門、部分油門（5%，10%，…，80%）的工況。全油門工況是測試車輛的極限性能。
駕駛性的客觀評價是通過對各種工況下采集到的數(shù)據(jù)處理分析，并與定義的客觀目標(biāo)范圍比對得到?？陀^評價和主觀評價可以同時進行，并將結(jié)果匯總在一張評價表（圖15）中。在綜合評價和分析駕駛性問題時，主客觀的評價可以互相參照，保證評價結(jié)果的準(zhǔn)確性。
 
圖15 駕駛性主客觀評價表
在評價過程中如果出現(xiàn)主觀或客觀評價不達標(biāo)的情況，需要具體分析輸入軸轉(zhuǎn)速波動的頻率、階次對應(yīng)關(guān)系，變速箱對發(fā)動機扭矩的響應(yīng)等，來確認(rèn)問題發(fā)生的根本原因和改善措施。
2.3 駕駛性客觀評價方法的應(yīng)用
以某開發(fā)車型的ET樣車為駕駛性評價對象，該樣車倒檔起步穩(wěn)定性/抖動的主觀評價為6分；客觀測量值超過目標(biāo)值，但在目標(biāo)范圍內(nèi)。主客觀評價結(jié)果基本一致。根據(jù)評價結(jié)果，需要分析改善倒檔起步的抖動問題。
通過客觀數(shù)據(jù)分析（圖16），駕駛員座椅導(dǎo)軌上加速度傳感器采集到的加速度信號和變速箱輸入軸轉(zhuǎn)速的波動明顯。
 
圖16 駕駛性數(shù)據(jù)分析
對加速度信號進行傅里葉變換分析抖動，抖動主要集中在11Hz，并與離合器驅(qū)動泵1階轉(zhuǎn)速階次吻合（圖17），離合器壓力波動的頻率也在10～11Hz，認(rèn)為抖動與驅(qū)動泵和離合器控制有關(guān)。優(yōu)化后再次測試，該雙離合變速箱已達到整車的駕駛舒適性要求。
 
圖17 抖動分析
3 結(jié)束語
本文結(jié)合某品牌乘用車雙離合變速箱的NVH和駕駛性客觀評價指標(biāo)，介紹了客觀評價指標(biāo)目標(biāo)值的合理設(shè)定，以及NVH、駕駛性客觀評價測試方法的實際應(yīng)用。
（1）應(yīng)用客觀方法評價雙離合變速箱的NVH和駕駛性，需要結(jié)合雙離合變速箱在整車上的匹配和主觀感受，合理設(shè)定評價指標(biāo)的目標(biāo)值。
（2）NVH問題的激勵源可能是雙離合變速箱，但通過客觀評價和分析，需要考慮從整車懸置、聲學(xué)包等傳遞路徑方面進行改善優(yōu)化。
（3）評價和分析NVH問題時，結(jié)合臺架、整車的客觀數(shù)據(jù)分析和FMEA，能有效識別NVH問題的原因和優(yōu)化方向，減少開發(fā)周期。
（4）應(yīng)用駕駛性客觀評價和分析，可以快速、準(zhǔn)確找出駕駛性問題相關(guān)的部件，有針對性的優(yōu)化，減少開發(fā)周期。
隨著新能源汽車的逐漸推廣，人們也越來越關(guān)注電動和混合動力汽車的NVH和駕駛性。由于電機的特性無法完全獨立滿足車輛復(fù)雜行駛工況的要求，新能源汽車仍需要搭載變速箱。本文所闡述的乘用車雙離合變速箱NVH和駕駛性的客觀評價方法，可以通過適應(yīng)性調(diào)整、拓展，應(yīng)用到新能源汽車變速箱相關(guān)的NVH和整車駕駛性的評價中。
 
 
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